影响滑动摩擦力大小因素实验的改进

影响滑动摩擦力大小因素的实验是人教版物理八年级下册第八章第三节《摩擦力》中的内容，是训练学生进行科学猜想、实验校验、分析论证的优质素材。教学实践中，很多教师只是通过简单的理论分析帮助学生确定影响因素，而不是鼓励学生大胆猜想影响滑动摩擦力的因素可能有哪些，导致这样一个探究性实验变成了验证性实验，削弱了该实验的教学价值。实际上，学生结合生活经验可以产生多种猜想，如基于物体越重越难推动的事实，猜想滑动摩擦力的大小可能与重力或压力的大小有关；基于地面越光滑物体越容易推动的事实，猜想滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关；基于物体速度越快越难停下来的实际，猜想滑动摩擦力的大小可能与物体的运动情况有关。为了尊重实际学情，提高实验的探究性，笔者引导学生在大胆猜想的基础上改进实验装置，对所有猜想进行实验探究，很好地达成了教学目标。一、合理设计实验，保证实验的科学性学生需要解决的第一个问题是“如何测量滑动摩擦力的大小”。针对这个问题，笔者给出“测量仪器是什么”“测量原理是什么”“实验操作的要点有哪些”三个问题，让学生在问题的引领下以小组为单位展开讨论。学生讨论得出：要利用弹簧测力计、根据二力平衡原理测量滑动摩擦力，实验时要注意沿直线水平、匀速拉动木块，这样才能测量出滑动摩擦力的大小。可见，学生设计的实验方案与教材上的传统实验方案基本相同。在此基础上，笔者让学生实际操作，分组测量滑动摩擦力的大小。学生分组测量后，笔者提问：“实际操作过程中，你遇到哪些困难？”由于有了切身体验，学生有理有据地提出实验操作中的问题，点明了传统实验方案的不足：①只有木块做匀速直线运动时拉力与摩擦力才是一对平衡力，但实际操作中难以控制木块做匀速直线运动；②移动中的弹簧测力计很难保持示数稳定，不便读数。笔者顺势提问：“你有解决这两个问题的好方法吗？”学生讨论过程中，笔者适时提示：“怎样让木块相对于地面保持静止，同时受到滑动摩擦力的作用呢？”在笔者的提示下，学生设计了如图1所示的新的实验装置。该实验装置通过拉动木板产生相对运动，不用控制木板做匀速直线运动就可以使木块受力平衡，便于操作，同时，弹簧测力计处于静止状态，示数可以保持稳定，便于读数。新的实验装置很好地解决了传统实验装置的操作难点，进一步提高了实验的科学性。二、改进实验装置，提高实验的探究性首先，笔者提出新问题：“有没有比木板更适合的器材让实验更容易操作，达到更好的效果？”学生很容易就想到了用传输带代替木板，这样可以省去人为操作的麻烦。笔者顺势追问：“利用传输带还可以带来哪些便利？”学生思考后回答：“可以通过控制传输带的速度，研究滑动摩擦力的大小是否与物体的速度有关。”这个创新想法可以很好地解决传统实验装置无法探究滑动摩擦力的大小是否与物体的速度有关的痛点。其次，笔者引导学生思考如何研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。学生想到通过在木块上加、减砝码，改变压力的大小。笔者引导：“加、减砝码可以改变木板所受压力的大小，但同时也会改变施压物体的总重力，我们如何分辨到底是哪个力影响了滑动摩擦力的大小呢？”对于这个问题，学生一时很难回答。笔者进一步引导：“用什么办法能使木板所受的压力和施压物体的总重力相互独立、互不影响呢？”学生仍然无法得出准確答案。笔者提示学生从力的方向上思考，学生便很快想到了办法，即将压力变成水平方向上的力，并说明“只要将整个实验装置竖立放置，压力和重力就互不影响了”。笔者追问：“竖立放置还有什么好处？”学生回答：“可以在压力不变的情况下改变重力的大小，为研究滑动摩擦力的大小与重力的关系提供方便。”再次改进后，实验的探究性显著增强，很好地发挥了实验教学发展学生科学思维的价值。最后，笔者利用如图2所示的自制实验装置，和学生一起完成了探究实验。实验时，学生先测出木块的重力为0.6N，然后拧紧压力施加器，启动传输带，弹簧测力计示数增大并保持稳定，木块和传输带之间以恒定速度发生相对运动。通过分析，学生明确了弹簧测力计示数增大的原因是传输带逆时针转动，木块受到传输带向下的摩擦力作用，而且示数的增量就是摩擦力的大小。基于这个原理，学生探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。学生保持物体重力、接触面的粗糙程度、接触面的面积、传输带速度不变，只是不断拧紧压力施加器，发现弹簧测力计示数不断增大，说明摩擦力不断增大。由此，学生发现滑动摩擦力大小与压力大小有关，并得出“当接触面的粗糙程度一定时，压力越大，物体受到的滑动摩擦力越大”的结论。探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度关系时，学生保持物体重力（0.6N）、压力施加器圈数、接触面的面积、传输带速度不变，只改变接触面的粗糙程度，即利用较光滑的面和较粗糙的面进行了两次实验，发现弹簧测力计示数分别为0.7N和1.0N，说明摩擦力分别为0.1N和0.4N，进而得出结论：当压力大小一定时，接触面越粗糙，物体受到的滑动摩擦力越大。探究滑动摩擦力大小与接触面的面积关系时，学生在保持其他条件不变的情况下，只改变接触面积的大小，即在原接触面积下进行一次实验，再减小接触面积再次实验，发现弹簧测力计示数不变，说明摩擦力不变，进而得出滑动摩擦力大小与接触面的面积大小无关的结论。探究滑动摩擦力大小与重力大小的关系时，学生保持压力施加器圈数、接触面的粗糙程度、接触面的面积、传输带速度不变，只通过增加钩码使物体重力由0.6N增加至1.2N，发现弹簧测力计示数由0.7N增加至1.3N。这说明物体重力变化前后所受滑动摩擦力的大小都是0.1N，也就是说，滑动摩擦力大小与物体重力大小无关。探究滑动摩擦力与物体运动速度大小的关系时，学生保持其他条件不变，只改变传输带的速度档，分快速、中速、慢速进行三次实验，发现弹簧测力计示数不变，说明滑动摩擦力大小与物体运动速度大小无关。经过以上实验，学生发现改进后的实验装置操作简便，可以清楚地探究出滑动摩擦力只与压力大小、接触面的粗糙程度有关，